JP6937902B2 - 内視鏡システム - Google Patents

Description

本発明は、内視鏡を備える内視鏡システムに関する。

従来、医療分野においては、被検体内部の観察のために内視鏡システムが用いられている。内視鏡は、一般に、患者等の被検体内に細長形状をなす可撓性の挿入部を挿入し、この挿入部先端から光源装置によって供給された照明光を照明し、この照明光の反射光を挿入部先端の撮像部で受光することによって体内画像を撮像する。内視鏡の撮像部によって撮像された体内画像は、内視鏡システムの処理装置において所定の画像処理を施された後に、内視鏡システムのディスプレイに表示される。医師等のユーザは、ディスプレイに表示される体内画像に基づいて、被検体の臓器を観察する。

カラー画像を取得する方法の１つとして、面順次方式が知られている（例えば、特許文献１、２を参照）。面順次方式は、互いに異なる複数の波長帯域の照明光を順次切り替えて被写体に照射しつつ、照明光の照射と同期して被写体を撮像することによってカラー画像を取得する。

ところで、面順次方式で被写体の画像を取得する場合において、被写体が高速で移動しているとき、照明光の照射毎に被写体の位置のズレに起因して色ズレが発生する。特許文献１、２では、撮像フレームレートを高くすることによって、色ズレを防止している。例えば、特許文献２では、観察部位に応じて、１／６０秒周期で照明光を出射する発光モードと、１／１２０秒周期で照明光を出射する発光モードとのいずれかの発光モードに切り替えている。

特開２０１６−４６７８０号公報 特開２００７−２９７４６号公報

しかしながら、撮像フレームレートを高くすると、画像の明るさが低下するという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、撮像フレームレートを高くしても明るさの低下を抑制した画像を取得することができる内視鏡システムを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる内視鏡システムは、互いに異なる波長帯域を含む複数の照明光を順次切り替えて被写体に照射する照明部と、前記被写体からの戻り光を光電変換して画像信号を生成する複数の画素を有し、前記照明部の照射タイミングに同期して、前記画素が生成した前記画像信号を読み出す撮像部を備える内視鏡と、前記撮像部が読み出した前記画像信号に対し、互いに異なる前記波長帯域の照明光の戻り光に基づいて生成された複数の前記画像信号を用いて同時化処理を施す画像処理部と、前記内視鏡の識別情報に基づいて、前記撮像部に、予め設定された撮像フレームレートで撮像させる通常モードと、前記通常モードよりも前記撮像フレームレートが高い高速モードとのいずれかのモードに切り替える撮像条件切替部と、前記高速モードに設定された場合に、前記通常モードよりも、読み出し単位とする画素数を大きくして前記撮像部に読み出し処理を実行させるビニング制御部と、を備えることを特徴とする。

また、本発明にかかる内視鏡システムは、上記発明において、前記照明部は、赤色の波長帯域の赤色照明光を出射する赤色半導体発光素子と、緑色の波長帯域の緑色照明光を出射する緑色半導体発光素子と、青色の波長帯域の青色照明光を出射する青色半導体発光素子と、前記撮像フレームレートの設定に応じて、前記赤色半導体発光素子、前記緑色半導体発光素子および前記青色半導体発光素子からの照明光の出射を切り替える照明制御部と、を有し、前記照明制御部は、前記高速モードに設定されている場合に、照明光の点灯順を、前記赤色照明光、前記緑色照明光、前記青色照明光、前記緑色照明光とすることを特徴とする。

また、本発明にかかる内視鏡システムは、上記発明において、前記画像信号に対して電子拡大処理を施す拡大処理部、をさらに備え、前記拡大処理部は、前記ビニング制御部が前記撮像部に実行させた前記読み出し単位とする画素数に応じて、電子拡大率を切り替えることを特徴とする。

また、本発明にかかる内視鏡システムは、上記発明において、前記撮像条件切替部は、前記画像信号に関するパラメータに基づいて、前記撮像フレームレート、および／または前記読み出し単位とする画素数を切り替えることを特徴とする。

本発明によれば、撮像フレームレートを高くしても明るさの低下を抑制した画像を取得することができるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態１にかかる内視鏡システムの概略構成を示す図である。 図２は、本発明の実施の形態１にかかる内視鏡システムの概略構成を示すブロック図である。 図３は、本発明の実施の形態１にかかる内視鏡システムが行う通常モードの撮像処理を説明するタイミングチャートである。 図４は、本発明の実施の形態１にかかる内視鏡システムが行う高速モードの撮像処理を説明するタイミングチャートである。 図５は、本発明の実施の形態１にかかる内視鏡システムが高速モードの撮像処理によって取得し、表示装置に表示する画像の一例を模式的に示す図である。 図６は、本発明の実施の形態１にかかる内視鏡システムが通常モードの撮像処理によって取得し、表示装置に表示する画像の一例を模式的に示す図である。 図７は、本発明の実施の形態１の変形例にかかる内視鏡システムが行う高速モードの撮像処理を説明するタイミングチャートである。 図８は、本発明の実施の形態２にかかる内視鏡システムの概略構成を示すブロック図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下、「実施の形態」という）を説明する。実施の形態では、本発明にかかる内視鏡システムの一例として、患者等の被検体内の画像を撮像して表示する医療用の内視鏡システムについて説明する。また、この実施の形態により、この発明が限定されるものではない。さらに、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付して説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１にかかる内視鏡システムの概略構成を示す図である。図２は、本実施の形態１にかかる内視鏡システムの概略構成を示すブロック図である。

図１および図２に示す内視鏡システム１は、被検体内に先端部を挿入することによって被検体内の画像を撮像する内視鏡２と、内視鏡２の先端から出射する照明光を発生する照明部３ａを有し、内視鏡２が撮像した撮像信号に所定の信号処理を施すとともに、内視鏡システム１全体の動作を統括的に制御する処理装置３と、処理装置３の信号処理により生成された体内画像を表示する表示装置４と、を備える。

内視鏡２は、可撓性を有する細長形状をなす挿入部２１と、挿入部２１の基端側に接続され、各種の操作信号の入力を受け付ける操作部２２と、操作部２２から挿入部２１が延びる方向と異なる方向に延び、処理装置３（照明部３ａを含む）に接続する各種ケーブルを内蔵するユニバーサルコード２３と、を備える。

挿入部２１は、光を受光して光電変換することにより信号を生成する画素が２次元状に配列された撮像素子２４４を内蔵した先端部２４と、複数の湾曲駒によって構成された湾曲自在な湾曲部２５と、湾曲部２５の基端側に接続され、可撓性を有する長尺状の可撓管部２６と、を有する。挿入部２１は、被検体の体腔内に挿入され、外光の届かない位置にある生体組織などの被写体を撮像素子２４４によって撮像する。

先端部２４は、グラスファイバ等を用いて構成されて照明部３ａが発光した光の導光路をなすライトガイド２４１と、ライトガイド２４１の先端に設けられた照明レンズ２４２と、集光用の光学系２４３と、光学系２４３の結像位置に設けられ、光学系２４３が集光した光を受光して電気信号に光電変換して所定の信号処理を施す撮像素子２４４（撮像部）と、メモリ２４５とを有する。

光学系２４３は、一または複数のレンズを用いて構成され、画角を変化させる光学ズーム機能および焦点を変化させるフォーカス機能を有する。

撮像素子２４４は、光学系２４３からの光を光電変換して電気信号（画像信号）を生成する。具体的には、撮像素子２４４は、光量に応じた電荷を蓄積するフォトダイオードや、フォトダイオードから転送される電荷を電圧レベルに変換するコンデンサなどをそれぞれ有する複数の画素がマトリックス状に配列され、各画素が光学系２４３からの光を光電変換して電気信号を生成する受光部２４４ａと、受光部２４４ａの複数の画素のうち読み出し対象として任意に設定された画素が生成した電気信号を順次読み出して、画像信号として出力する読み出し部２４４ｂと、読み出し部２４４ｂが読み出す画素単位を、撮像条件に応じて制御するビニング制御部２４４ｃとを有する。撮像素子２４４は、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサや、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサを用いて実現される。

メモリ２４５は、撮像素子２４４が各種動作を実行するための実行プログラム及び制御プログラムや、内視鏡２の識別情報を含むデータを記憶する。識別情報には、内視鏡２の固有情報（ＩＤ）、年式、スペック情報、および伝送方式等が含まれる。また、メモリ２４５は、撮像素子２４４が生成した画像データ等を一時的に記憶してもよい。メモリ２４５は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ等によって構成される。

操作部２２は、湾曲部２５を上下方向および左右方向に湾曲させる湾曲ノブ２２１と、被検体の体腔内に生検鉗子、電気メスおよび検査プローブ等の処置具を挿入する処置具挿入部２２２と、処理装置３に加えて、送気手段、送水手段、画面表示制御等の周辺機器の操作指示信号を入力する操作入力部である複数のスイッチ２２３と、を有する。処置具挿入部２２２から挿入される処置具は、先端部２４の処置具チャンネル（図示せず）を経由して開口部（図示せず）から表出する。

ユニバーサルコード２３は、ライトガイド２４１と、一または複数の信号線をまとめた集合ケーブル２４６と、を少なくとも内蔵している。集合ケーブル２４６は、撮像信号を伝送するための信号線や、撮像素子２４４を駆動するための駆動信号を伝送するための信号線、内視鏡２（撮像素子２４４）に関する固有情報などを含む情報を送受信するための信号線を含む。なお、本実施の形態では、信号線を用いて電気信号を伝送するものとして説明するが、光信号を伝送するものであってもよいし、無線通信により内視鏡２と処理装置３との間で信号を伝送するものであってもよい。

次に、処理装置３の構成について説明する。処理装置３は、照明部３ａと、画像処理部３１と、フレームメモリ３２と、通信部３３と、撮像条件切替部３４と、同期信号生成部３５と、入力部３６と、記憶部３８と、制御部３７と、を備える。

まず、照明部３ａの構成について説明する。照明部３ａは、光源部３１０と、照明制御部３２０と、を備える。

光源部３１０は、互いに異なる波長帯域を有する複数の照明光を出射する複数の光源や、複数のレンズ等を用いて構成され、各光源の駆動によって所定の波長帯域の光を含む照明光を出射する。具体的に、光源部３１０は、光源ドライバ３１１と、３６０〜４００ｎｍの波長帯域の光（バイオレット光）を出射する第１光源３１２Ｖと、４００〜４９５ｎｍの波長帯域の光（青色光）を出射する第２光源３１２Ｂと、４９５〜５７０ｎｍの波長帯域の光（緑色光）を出射する第３光源３１２Ｇと、５９０〜６２０ｎｍの波長帯域の光（アンバー光）を出射する第４光源３１２Ａと、６２０〜７５０ｎｍの波長帯域の光（赤色光）を出射する第５光源３１２Ｒと、第１光源３１２Ｖが出射するバイオレット光を集光するレンズ３１３Ｖと、第２光源３１２Ｂが出射する青色光を集光するレンズ３１３Ｂと、第３光源３１２Ｇが出射する緑色光を集光するレンズ３１３Ｇと、第４光源３１２Ａが出射するアンバー光を集光するレンズ３１３Ａと、第５光源３１２Ｒが出射する赤色光を集光するレンズ３１３Ｒと、第１光源３１２Ｖが出射する波長帯域の光を折り曲げるとともに、他の波長帯域の光を透過するダイクロイックミラー３１４Ｖと、第２光源３１２Ｂが出射する波長帯域の光を折り曲げるとともに、他の波長帯域の光を透過するダイクロイックミラー３１４Ｂと、第３光源３１２Ｇが出射する波長帯域の光を折り曲げるとともに、他の波長帯域の光を透過するダイクロイックミラー３１４Ｇと、第４光源３１２Ａが出射する波長帯域の光を折り曲げるとともに、他の波長帯域の光を透過するダイクロイックミラー３１４Ａと、第５光源３１２Ｒが出射する波長帯域の光を折り曲げるとともに、他の波長帯域の光を透過するダイクロイックミラー３１４Ｒと、各光源が出射した波長をライトガイド２４１に導光するレンズ３１５とを有する。各光源は、ＬＥＤ光源や、レーザー光源等を用いて実現される。ダイクロイックミラー３１４Ｖ、３１４Ｂ、３１４Ｇ、３１４Ａ、３１４Ｒは、光源からの光を折り曲げて、それぞれ同じ光軸上を進行させる。
なお、本実施の形態１においては、赤色、青色及び緑色の各色の照明光を出射できればよく、少なくとも第２光源３１２Ｂ、第３光源３１２Ｇ、及び第５光源３１２Ｒを備えていればよい。レンズおよびダイクロイックミラーは、配設される光源に応じて設けられる。

光源ドライバ３１１は、照明制御部３２０の制御のもと、各光源に対して電流を供給することにより、光源に光を出射させる。
光源部３１０では、第１光源３１２Ｖと第２光源３１２Ｂとに光を出射させて青色の照明光とし、第３光源３１２Ｇに光を出射させて緑色の照明光とし、第４光源３１２Ａと第５光源３１２Ｒとに光を出射させて赤色の照明光として、各色の照明光を出射する。
以下においては、赤色（Ｒ）の照明光、緑色（Ｇ）の照明光および青色（Ｂ）の照明光それぞれを、単にＲ照明光、Ｇ照明光およびＢ照明光という。

照明制御部３２０は、制御部３７からの制御信号（調光信号）に基づいて、各光源に供給する電力量を制御するとともに、各光源の駆動タイミングを制御する。

画像処理部３１は、内視鏡２から、撮像素子２４４が撮像した各色の照明光の画像データを受信する。画像処理部３１は、内視鏡２からアナログの画像データを受信した場合はＡ／Ｄ変換を行ってデジタルの撮像信号を生成する。また、画像処理部３１は、内視鏡２から光信号として画像データを受信した場合は光電変換を行ってデジタルの画像データを生成する。

画像処理部３１は、内視鏡２から受信した画像データに対して所定の画像処理を施して画像を生成して表示装置４へ出力する。ここで、所定の画像処理とは、同時化処理、階調補正処理および色補正処理等である。同時化処理は、光源部３１０がＲ照明光の照射時に撮像素子２４４が生成した画像データに基づくＲ画像データ、光源部３１０がＧ照明光の照射時に撮像素子２４４が生成した画像データに基づくＧ画像データ、および光源部３１０がＢ照明光の照射時に撮像素子２４４が生成した画像データに基づくＢ画像データの各々を同時化する処理である。階調補正処理は、画像データに対して階調の補正を行う処理である。色補正処理は、画像データに対して色調補正を行う処理である。画像処理部３１は、上述した画像処理により生成された体内画像を含む処理後の撮像信号（以下、単に撮像信号ともいう）を生成する。なお、画像処理部３１は、画像の明るさに応じてゲイン調整してもよい。画像処理部３１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の汎用プロセッサやＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等の特定の機能を実行する各種演算回路等の専用プロセッサを用いて構成される。

また、画像処理部３１は、Ｒ画像データ、Ｇ画像データおよびＢ画像データを保持するフレームメモリ３２を有する。

通信部３３は、内視鏡２が接続された際に、内視鏡２のメモリ２４５に記憶されている固有情報を取得する。通信部３３は、ＣＰＵ等の汎用プロセッサやＡＳＩＣ等の特定の機能を実行する各種演算回路等の専用プロセッサを用いて構成される。

撮像条件切替部３４は、記憶部３８に記憶されている情報を参照して、通信部３３が取得した内視鏡２の固有情報に基づいて撮像条件の切り替えを行う。具体的に、撮像条件切替部３４は、接続されている内視鏡２が、撮像フレームレートを高くした面順次方式（以下、単に高速面順次ともいう）に対応可能な内視鏡であるか否かを判断し、高速面順次対応可能であれば、高速面順次方式を実行する高速モードに切り替える。これに対し、撮像条件切替部３４は、接続された内視鏡２が、高速面順次に非対応であれば、高速モードよりも撮像フレームレートが低い通常モードに切り替える。本実施の形態１において、高速モードの撮像フレームレートが１２０ｆｐｓ（１フレーム：１／１２０秒）、通常モードが６０ｆｐｓ（１フレーム：１／６０秒）である例を説明する。また、高速モードでは、画素の読出し単位であるビニング数が４画素に設定され、通常モードでは、ビニング数が１画素に設定されている。通常モードと高速モードの撮像条件は、予め設定され、記憶部３８に記憶されている。

同期信号生成部３５は、処理装置３の動作の基準となるクロック信号（同期信号）を生成するとともに、生成した同期信号を照明部３ａや、画像処理部３１、制御部３７、内視鏡２へ出力する。ここで、同期信号生成部３５が生成する同期信号は、水平同期信号と垂直同期信号とを含む。
このため、照明部３ａ、画像処理部３１、制御部３７、内視鏡２は、生成された同期信号によって、互いに同期をとって動作する。

入力部３６は、キーボード、マウス、スイッチ、タッチパネルを用いて実現され、内視鏡システム１の動作を指示する動作指示信号等の各種信号の入力を受け付ける。なお、入力部３６は、操作部２２に設けられたスイッチや、外部のタブレット型のコンピュータなどの可搬型端末を含んでいてもよい。

記憶部３８は、内視鏡システム１を動作させるための各種プログラム、および内視鏡システム１の動作に必要な各種パラメータ等を含むデータを記憶する。また、記憶部３８は、処理装置３の識別情報を記憶する。ここで、識別情報には、処理装置３の固有情報（ＩＤ）、年式およびスペック情報等が含まれる。また、記憶部３８は、内視鏡２および照明部３ａを制御して撮像を行うための撮像条件に関する情報を記憶する撮像情報記憶部３８１を有する。撮像情報記憶部３８１には、例えば、撮像条件（モード）ごとに、撮像素子２４４の読み出しタイミング、及び読み出し単位とする画素数（ビニング数）の設定や、照明部３ａの照明光の出射タイミングが記憶されている。

また、記憶部３８は、処理装置３の画像取得処理方法を実行するための画像取得処理プログラムを含む各種プログラムを記憶する。各種プログラムは、ハードディスク、フラッシュメモリ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して広く流通させることも可能である。なお、上述した各種プログラムは、通信ネットワークを経由してダウンロードすることによって取得することも可能である。ここでいう通信ネットワークは、例えば既存の公衆回線網、ＬＡＮ（Local Area Network）、ＷＡＮ（Wide Area Network）などによって実現されるものであり、有線、無線を問わない。

以上の構成を有する記憶部３８は、各種プログラム等が予めインストールされたＲＯＭ（Read Only Memory）、および各処理の演算パラメータやデータ等を記憶するＲＡＭやハードディスク等を用いて実現される。

制御部３７は、撮像素子２４４および照明部３ａを含む各構成部の駆動制御、および各構成部に対する情報の入出力制御などを行う。制御部３７は、記憶部３８に記憶されている撮像制御のための制御情報データ（例えば、読み出しタイミングなど）を参照し、集合ケーブル２４６に含まれる所定の信号線を経由して駆動信号として撮像素子２４４へ送信する。制御部３７は、ＣＰＵ等の汎用プロセッサやＡＳＩＣ等の特定の機能を実行する各種演算回路等の専用プロセッサを用いて構成される。

表示装置４は、映像ケーブルを経由して処理装置３（画像処理部３１）から受信した画像信号に対応する表示画像を表示する。表示装置４は、液晶または有機ＥＬ（Electro Luminescence）等のモニタを用いて構成される。

続いて、内視鏡システム１が行う画像取得処理について説明する。図３は、本発明の実施の形態１にかかる内視鏡システムが行う通常モードの撮像処理を説明するタイミングチャートである。図４は、本発明の実施の形態１にかかる内視鏡システムが行う高速モードの撮像処理を説明するタイミングチャートである。

図３及び図４において、上段から、（ａ）がフレームカウンタを示し、（ｂ）が照明光の照射タイミングおよび撮像タイミングを示し、（ｃ）〜（ｅ）がフレームメモリ３２によって保持された各色の画像データのタイミングを示し、（ｆ）〜（ｈ）が画像処理部３１によって出力される各色の画像データのタイミングを示す。また、図３では、制御部３７が撮像素子２４４を６０ｆｐｓで撮像させるとともに、照明制御部３２０が撮像素子２４４の撮像フレームレートに同期して６０ｆｐｓで光源部３１０にＲ照明光、Ｇ照明光およびＢ照明光を順次切り替えて照射させる。一方、図４では、高速モードにおいて撮像素子２４４を１２０ｆｐｓで撮像させるとともに、照明制御部３２０が撮像素子２４４の撮像フレームレートに同期して１２０ｆｐｓで光源部３１０にＲ照明光、Ｇ照明光およびＢ照明光を順次切り替えて照射させる。なお、高速モードであっても、表示装置４が画像を切り替えるフレームレートは、通常モードと同様に６０ｆｐｓに設定される。

（通常モード：図３）
まず、照明制御部３２０は、フレームカウンタ（ＦＣ）＝０のタイミングに、光源部３１０にＲ₀照明光を照射させる。この場合、制御部３７は、撮像素子２４４にＲ₀照明光による戻り光を撮像させ、画像データを画像処理部３１に出力させる。画像処理部３１は、デジタルのＲ₀画像データをフレームメモリ３２の対応するチャンネル（フレームメモリＲ）に格納し、各種画像処理を行う。通常モードでは、１／６０秒一つのフレームの処理を実施する。

続いて、制御部３７は、ＦＣ＝１のタイミングで、画像処理部３１にフレームメモリ３２のＲ₀画像データを表示装置４へ出力させる。この場合において、照明制御部３２０は、光源部３１０にＧ₀照明光を照射させる。このとき、制御部３７は、撮像素子２４４にＧ₀照明光による戻り光を撮像させ、画像データを画像処理部３１に出力させる。画像処理部３１は、デジタルのＧ₀画像データをフレームメモリ３２の対応するチャンネル（フレームメモリＧ）に格納し、各種画像処理を行う。

その後、制御部３７は、ＦＣ＝２のタイミングで、画像処理部３１にフレームメモリ３２のＧ₀画像データを表示装置４へ出力させる。この場合において、照明制御部３２０は、光源部３１０にＢ₀照明光を照射させる。このとき、制御部３７は、撮像素子２４４にＢ_０照明光による戻り光を撮像させ、画像データを画像処理部３１に出力させる。画像処理部３１は、デジタルのＢ₀画像データをフレームメモリ３２の対応するチャンネル（フレームメモリＢ）に格納し、各種画像処理を行う。

続いて、制御部３７は、ＦＣ＝３のタイミングで、画像処理部３１にフレームメモリ３２のＢ₀画像データを表示装置４へ出力させる。

以上説明した通常モードでは、照明制御部３２０は、Ｒ照明光→Ｇ照明光→Ｂ照明光のサイクルを１周期として撮影終了まで順次繰り返す。また、通常モードでは、ビニング数が１画素に設定されているため、読み出し部２４４ｂは、１画素を読み出し単位として画素値を順次読み出す。

（高速モード：図４）
高速モードにおいて、照明制御部３２０および制御部３７は、撮像フレームレートを１２０ｆｐｓにした以外は、通常モードと同様にして、光源部３１０に照明光を照射させ、撮像素子２４４に照明光による戻り光を撮像させ、画像データを画像処理部３１に出力させる。高速モードでは、撮像条件として、さらにビニング数が設定されている。ビニング数としては、内視鏡２の特性等によって、４画素、９画素、１６画素が設定される。例えば、ビニング数が４画素である場合、一つの画素と相似な形状を形成する４画素を一つの画素として読出しを行う。高速モードでは、１／１２０秒一つのフレームの処理を実施する。

以上説明した高速モードでは、照明制御部３２０は、Ｒ照明光→Ｇ照明光→Ｂ照明光のサイクルを１周期として撮影終了まで順次繰り返す。また、高速モードでは、ビニング数が４画素に設定されているため、読み出し部２４４ｂは、４画素を一つの読み出し単位としてまとめた画素値を順次読み出す。このため、読み出し単位を一画素とする場合と比して、画素値を大きくすることができる。

図５は、本発明の実施の形態１にかかる内視鏡システムが高速モードの撮像処理によって取得し、表示装置に表示する画像の一例を模式的に示す図である。図６は、本発明の実施の形態１にかかる内視鏡システムが通常モードの撮像処理によって取得し、表示装置に表示する画像の一例を模式的に示す図である。図５及び図６において、上段から、（Ｒ１）、（Ｒ２）がＲ照明光によって撮像されたシーン、撮像画像、表示画像を示し、（Ｇ１）、（Ｇ２）がＧ照明光によって撮像されたシーン、撮像画像、表示画像を示し、（Ｂ１）、（Ｂ２）がＢ照明光によって撮像されたシーン、撮像画像、表示画像を示す。

図５、図６からも分かる通り、撮像フレームレートが高い表示画像の方が、撮像フレームレートの低い表示画像よりも色ズレ感が小さい。具体的には、表示画像の領域Ｑにおける各色の像のズレは、撮像フレームレートが高い表示画像の方が、撮像フレームレートの低い表示画像よりも小さい。

以上説明した実施の形態１では、内視鏡２が高速面順次に対応している場合、制御部３７が高速モードに設定して、１２０ｆｐｓで照明・撮像制御する。さらに、高速モードでは、ビニング数を通常モードよりも大きくして読み出し処理が行われる。本実施の形態１によれば、１２０ｆｐｓでの撮像によって色ズレを抑制するとともに、ビニング処理を実行することによって、高いフレームレートに設定しても画像の明るさの低下を抑制することができる。

なお、実施の形態１において、設定される撮像フレームレートに応じてゲイン値を切り替えてもよい。撮像素子２４４側でゲイン値を切り替える場合、例えば、６０ｆｐｓでは１２０００ｅ⁻に設定し、１２０ｆｐｓでは８０００ｅ⁻に設定する。撮像素子２４４に限らず、処理装置３の画像処理部３１においてゲイン調整を行う場合に、撮像フレームレートに応じてゲイン値を切り替えてもよい。また、ビニング処理に代えて、上述したゲイン値の切り替え処理によって画像の明るさを確保してもよい。

また、実施の形態１において、撮像条件切替部３４は、高速面順次対応可能な内視鏡２が接続された場合に、動きベクトルに基づいて撮像フレームレートを切り替えてもよい。具体的には、画像処理部３１が、取得時刻の異なる画像から、被写体の動きベクトルを定期的に検出する。撮像条件切替部３４は、検出された動きベクトルの大きさを算出して、この大きさが、予め設定されている閾値以上であれば、撮像フレームレートを高くし、閾値よりも小さければ撮像フレームレートを通常の値に設定する。動きベクトルに基づいて撮像フレームレートを制御することによって、被写体の動きが大きい場合は撮像フレームレートを高くして色ズレを抑制する。

また、実施の形態１において、撮像条件切替部３４は、撮像時の露光時間に基づいてビニング数を切り替えてもよい。具体的に、撮像条件切替部３４は、最新の露光時間を取得して、この露光時間が、予め設定されている閾値以下であれば、ビニング数を大きくして画像一点当たりの明るさを大きくする。これに対し、撮像条件切替部３４は、露光時間が閾値より大きければ、ある程度の明るさが確保されていると判断して、閾値以下の場合よりもビニング数を小さくする。

（実施の形態１の変形例）
次に、本発明の実施の形態１の変形例について、図７を参照して説明する。図７は、本発明の実施の形態１の変形例にかかる内視鏡システムが行う高速モードの撮像処理を説明するタイミングチャートである。なお、本変形例にかかる内視鏡システムは、上述した内視鏡システムと構成が同じであるため、説明を省略する。以下、実施の形態１とは異なる処理について説明する。

人間は、ＣＩＥ（Commission Internationale de l’Eclairage：国際照明委員会）の規定する標準視感度によると、明るい所において、緑の光（波長５５５ｎｍを含む波長帯域の光）を最も強く感じる。例えば、図３に示す状況下において、ＦＣ＝３のタイミングで表示装置４が表示する画像は、画像処理部３１からの出力の色順がＧ₀→Ｂ₀→Ｒ₁（Ｇ₀画像データ→Ｂ₀画像データ→Ｒ₁画像データ）となり、人の視感度の高い２色（ＧとＲ）が時間的に離れたタイミングでの出力となる。さらに、人間は、上述した標準視感度によると、３原色であるＲＧＢの中で緑の光の次に赤の光（波長６２０〜７００ｎｍ）を強く感じる。これにより、ユーザは、視感的に色ズレを大きく感じる。

また、図３に示す状況下において、ＦＣ＝４のタイミングで表示装置４が表示する画像は、画像処理部３１からの出力の色順がＢ₀→Ｒ₁→Ｇ₁（Ｂ₀データ→Ｒ₁データ→Ｇ₁データ）となり、人の視感度の高い２色（ＧとＲ）が時間的に隣り合ったタイミングでの出力となる。このため、ユーザが視感的に感じる色ズレは、人の視感度の高い２色（ＧとＲ）が時間的に離れたタイミングよりも小さい。さらに、ＦＣ＝５のタイミングで表示装置４が表示する画像は、画像処理部３１からの出力の色順がＲ₁→Ｇ₁→Ｂ₁（Ｒ₁データ→Ｇ₁データ→Ｂ₀データ）となり、人の視感度の高い２色（ＧとＲ）が時間的に隣り合ったタイミングでの出力となる。このため、ユーザが視感的に感じる色ズレは、人の視感度の高い２色（ＧとＲ）が時間的に離れたタイミングよりも小さい。

次に、本変形例において内視鏡システム１が実行する動作について、図７を参照して説明する。図７において、上段から、（ａ）がフレームカウンタを示し、（ｂ）が照明光の照射タイミングを示し、（ｃ）〜（ｅ）がフレームメモリ３２によって保持された各色の画像データのタイミングを示し、（ｆ）〜（ｈ）が画像処理部３１によって出力される各色の画像データのタイミングを示す。また、図７では、制御部３７が撮像素子２４４を１２０ｆｐｓで撮像させるとともに、照明制御部３２０が撮像素子２４４の撮像フレームレートに同期して１２０ｆｐｓで光源部３１０に照明光を順次切り替えて照射させる高速モードを示している。

まず、照明制御部３２０は、ＦＣ＝０のタイミングに、光源部３１０にＧ₀照明光を照射させる。この場合、制御部３７は、撮像素子２４４にＧ₀照明光による戻り光を撮像させ、画像データを画像処理部３１に出力させる。画像処理部３１は、Ｇ₀画像データをフレームメモリ３２の対応するチャンネル（フレームメモリＧ）に格納し、各種画像処理を行う。さらに、制御部３７は、ＦＣ＝０のタイミングで、画像処理部３１にフレームメモリ３２のＧ₀画像データを表示装置４へ出力させる。

続いて、照明制御部３２０は、光源部３１０にＲ₀照明光を照射させる。この場合において、制御部３７は、撮像素子２４４にＲ₀照明光による戻り光を撮像させ、画像データを画像処理部３１に出力させる。画像処理部３１は、デジタルのＲ₀画像データをフレームメモリ３２の対応するチャンネル（フレームメモリＲ）に格納し、各種画像処理を行う。このとき、制御部３７は、ＦＣ＝１のタイミングで、画像処理部３１にフレームメモリ３２のＲ₀画像データを表示装置４へ出力させる。

その後、照明制御部３２０は、光源部３１０にＧ₁照明光を照射させる。この場合において、制御部３７は、撮像素子２４４にＧ₁照明光による戻り光を撮像させ、画像データを画像処理部３１に出力させる。画像処理部３１は、デジタルのＧ₁画像データをフレームメモリ３２の対応するチャンネル（フレームメモリＧ）に格納し、各種画像処理を行う。このとき、制御部３７は、ＦＣ＝２のタイミングで、画像処理部３１にフレームメモリ３２のＧ₁画像データを表示装置４へ出力させる。

続いて、照明制御部３２０は、光源部３１０にＢ₀照明光を照射させる。この場合において、制御部３７は、撮像素子２４４にＢ₀照明光による戻り光を撮像させ、画像データを画像処理部３１に出力させる。画像処理部３１は、デジタルのＢ₀画像データをフレームメモリ３２の対応するチャンネル（フレームメモリＢ）に格納し、各種画像処理を行う。このとき、制御部３７は、ＦＣ＝３のタイミングで、画像処理部３１にフレームメモリ３２のＢ₀画像データを表示装置４へ出力させる。

以上説明した変形例では、照明制御部３２０は、Ｇ照明光→Ｒ照明光→Ｇ照明光→Ｂ照明光の過程を１周期として撮像終了まで光源部３１０に照明光を順次切り替えて照射させる。この場合において、制御部３７は、フレームカウンタが奇数となるタイミング（例えばＦＣ＝３やＦＣ＝５等）であって、Ｂ照明光（Ｂ₀照明光）またはＲ照明光（Ｒ₁照明光）が照射されたタイミングに、画像処理部３１にＲ₀画像データ、Ｇ₁画像データおよびＢ₀画像データで構成された画像データに対応する画像、Ｒ₁画像データ、Ｇ₂画像データおよびＢ₀画像データで構成さえた画像データに対応する画像を表示装置４へ出力させる。これにより、Ｇ画像データが常に更新されるので、視感的な把握できる色ズレを防止することができる。さらに、内視鏡システム１は、表示装置４への転送レート（表示フレームレート）を６０ｆｐｓとした場合、光源部３１０が出射する照明光の切り替えレート（撮像素子２４４の撮像フレームレート）を２倍の１２０ｆｐｓとすることができる。

また、本変形例において、照明制御部３２０は、上述した従来の方法の３原色の単純な繰り返しでなく（Ｒ照明光→Ｇ照明光→Ｂ照明光）、人の視感度が高い緑色の光の時間分解能を赤色の光および青色の光に対して２倍とする色順、具体的にはＧ照明光→Ｒ照明光→Ｇ照明光→Ｂ照明光で照明部３ａに順次切り替えて照射させるので、動きの滑らかさを向上させることができる。

また、本変形例において、照明制御部３２０は、Ｇ照明光→Ｒ照明光→Ｇ照明光→Ｂ照明光で照明光を光源部３１０に照射させ、視感度が高い２色、即ちＧ照明光とＲ照明光を時間的に隣り合わせることによって、Ｇ照明光とＲ照明光とが時間的に離れることを防止するので、任意のタイミングで静止画をキャプチャーする際に色ズレ感を低減することができる。

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について、図８を参照して説明する。図８は、本発明の実施の形態２にかかる内視鏡システムの概略構成を示すブロック図である。

図８に示す内視鏡システム１Ａは、被検体内に先端部を挿入することによって被検体内の画像を撮像する内視鏡２と、内視鏡２の先端から出射する照明光を発生する照明部３ａを有し、内視鏡２が撮像した撮像信号に所定の信号処理を施すとともに、内視鏡システム１全体の動作を統括的に制御する処理装置３Ａと、処理装置３Ａの信号処理により生成された体内画像を表示する表示装置４と、を備える。本実施の形態２にかかる内視鏡システム１Ａは、上述した内視鏡システム１の処理装置３を処理装置３Ａに変えた以外は、同じ構成である。以下、実施の形態１とは構成が異なる処理装置３Ａについて説明する。

処理装置３Ａは、照明部３ａと、画像処理部３１と、フレームメモリ３２と、通信部３３と、撮像条件切替部３４と、同期信号生成部３５と、入力部３６と、制御部３７と、記憶部３８と、拡大処理部３９とを備える。処理装置３Ａは、上述した処理装置３に対して拡大処理部３９を加えた構成となっている。以下、拡大処理部３９について説明する。

拡大処理部３９は、設定されているビニング数に応じて、画像データの電子拡大率を切り替える。ここで、ビニング処理された画像データは、４画素を画像上の一点として扱うため、画像のサイズが小さくなる。拡大処理部３９では、画像データを補間して拡大することによって、ビニング処理に起因する画像の縮小を抑制する。例えば、ビニング数が４画素の場合は拡大せず（１倍）、ビニング数が９画素の場合は２倍に拡大する。

以上説明した実施の形態２では、上述した実施の形態１と同様の効果を得ることができる。さらに、実施の形態２によれば、ビニング数に応じて画像を拡大するようにしたので、表示装置４に表示される画像が縮小してしまうことを抑制できる。

なお、上述した実施の形態１、２では、照明部３ａが内視鏡２とは別体で構成されているものとして説明したが、例えば、内視鏡２の先端に半導体光源を設けるなど、光源装置を内視鏡２に設けた構成であってもよい。さらに、内視鏡２に処理装置３の機能を付与してもよい。

また、上述した実施の形態１、２では、ビニング制御部２４４ｃが、撮像素子２４４に設けられるものとして説明したが、撮像素子２４４の外部（内視鏡２内）に設けてもよいし、処理装置３、３Ａに設けてもよい。

また、上述した実施の形態１、２では、照明部３ａが、処理装置３、３Ａとは一体であるものとして説明したが、照明部３ａおよび処理装置３が別体であって、例えば処理装置３の外部に光源部３１０および照明制御部３２０が設けられているものであってもよい。

また、上述した実施の形態１、２において、照明部３ａは、ＬＥＤ光源に換えて、白色光源（例えばキセノンランプやハロゲンランプ）と、白色光源が照射する照明光の光路上に、赤色の波長帯域、緑色の波長帯域および青色の波長帯域の各々を透過させる３つの透過フィルタを有する回転フィルタと、を設け、回転フィルタを回転させることによって、赤色、緑色および青色の各々の波長帯域を含む照明光を照射するようにしてもよい。

また、上述した実施の形態１、２において、ビデオ出力方式を、１秒当たり６０フィールドで表示するＮＴＳＣと、１秒当たり５０フィールドで表示するＰＡＬとで切り替える場合、切り替え時に画像を間引いている。この際、方式変換のために間引かれる前の画像に番号を付与し、番号と、その番号の画像データに関するパラメータをメモリ（例えば表示装置４に設けられる）に格納する。切り替え処理終了後、各番号の画像データと、そのパラメータを読み出して、表示するための処理を続行する。

また、上述した実施の形態１、２において、処理装置３、３Ａ内の患者基板と二次基板との間で光伝送するために、光ファイバからなる光ケーブルを光コネクタで接続している場合、この光ファイバが経年劣化によって画像データ（光信号）が伝送されなくなる前に、交換時期を報知する構成としてもよい。例えば、光コネクタにおける信号受信側の光伝送電流をモニタして、そのモニタ値を電圧変換し、閾値と比較することによって劣化を判定する。

また、上述した実施の形態１、２では、本発明にかかる内視鏡システムが、観察対象が被検体内の生体組織などである軟性の内視鏡２を用いた内視鏡システム１であるものとして説明したが、硬性の内視鏡や、材料の特性を観測する工業用の内視鏡、カプセル型の内視鏡、ファイバースコープ、光学視管などの光学内視鏡の接眼部にカメラヘッドを接続したものを用いた内視鏡システムであっても適用できる。

以上のように、本発明にかかる内視鏡システムは、撮像フレームレートを高くしても明るさの低下を抑制した画像を取得するのに有用である。

１ 内視鏡システム
２ 内視鏡
３ 処理装置
３ａ 照明部
４ 表示装置
２１ 挿入部
２２ 操作部
２３ ユニバーサルコード
２４ 先端部
２５ 湾曲部
２６ 可撓管部
３１ 画像処理部
３２ フレームメモリ
３３ 通信部
３４ 撮像条件切替部
３５ 同期信号生成部
３６ 入力部
３７ 制御部
３８ 記憶部
３８１ 撮像情報記憶部
３１０ 光源部
３２０ 照明制御部

Claims (4)

1. 互いに異なる波長帯域を含む複数の照明光を順次切り替えて被写体に照射する照明部と、
   前記被写体からの戻り光を光電変換して画像信号を生成する複数の画素を有し、前記照明部の照射タイミングに同期して、前記画素が生成した前記画像信号を読み出す撮像部を備える内視鏡と、
   前記撮像部が読み出した前記画像信号に対し、互いに異なる前記波長帯域の照明光の戻り光に基づいて生成された複数の前記画像信号を用いて同時化処理を施す画像処理部と、
   前記内視鏡の識別情報に基づいて、前記撮像部に、予め設定された撮像フレームレートで撮像させる通常モードと、前記通常モードよりも前記撮像フレームレートが高い高速モードとのいずれかのモードに切り替える撮像条件切替部と、
   前記高速モードに設定された場合に、前記通常モードよりも、読み出し単位とする画素数を大きくして前記撮像部に読み出し処理を実行させるビニング制御部と、
   を備えることを特徴とする内視鏡システム。
2. 前記照明部は、
   赤色の波長帯域の赤色照明光を出射する赤色半導体発光素子と、
   緑色の波長帯域の緑色照明光を出射する緑色半導体発光素子と、
   青色の波長帯域の青色照明光を出射する青色半導体発光素子と、
   前記撮像フレームレートの設定に応じて、前記赤色半導体発光素子、前記緑色半導体発光素子および前記青色半導体発光素子からの照明光の出射を切り替える照明制御部と、
   を有し、
   前記照明制御部は、前記高速モードに設定されている場合に、照明光の点灯順を、前記赤色照明光、前記緑色照明光、前記青色照明光、前記緑色照明光とする
   ことを特徴とする請求項１に記載の内視鏡システム。
3. 前記画像信号に対して電子拡大処理を施す拡大処理部、
   をさらに備え、
   前記拡大処理部は、前記ビニング制御部が前記撮像部に実行させた前記読み出し単位とする画素数に応じて、電子拡大率を切り替える
   ことを特徴とする請求項１に記載の内視鏡システム。
4. 前記撮像条件切替部は、前記画像信号に関するパラメータに基づいて、前記撮像フレームレート、および／または前記読み出し単位とする画素数を切り替える
   ことを特徴とする請求項１に記載の内視鏡システム。

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